基于地面三維激光掃描的精細(xì)地形測繪研究

段通

摘 要：為了打破常規(guī)測繪方式的局限性，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相應(yīng)掃描技術(shù)的研究，并利用合理的測量手段，精確、真實(shí)的展現(xiàn)出被測地區(qū)的實(shí)際情況。與此同時(shí)，在確保地形測繪工程效率的基礎(chǔ)上，引入地面三維激光掃描技術(shù)，可以有效提升地形測繪工程的安全性。因此，測量人員應(yīng)從地面三維激光掃描儀器的原理入手，對(duì)實(shí)際的操作流程進(jìn)行探究，確保地形測繪工程的精確度。

關(guān)鍵詞：地面三維激光;精細(xì)化;地形測繪;測量技術(shù)

產(chǎn)生測量誤差的來源主要有儀器誤差、反射誤差以及目標(biāo)物體的位置誤差等，為了提高距離測量數(shù)據(jù)的精確程度，應(yīng)加強(qiáng)各方面影響因素的管控。在確保測繪操作環(huán)節(jié)整體效果的前提下，選擇誤差較小的掃描儀器，并發(fā)揮儀器自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

1.三維激光掃描技術(shù)

1.1三維激光掃描技術(shù)的分類

按照三維激光掃描儀器的距離檢測原理，可以將此項(xiàng)技術(shù)分為脈沖式、相位式以及光學(xué)三角式等三大類;按照整體的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行劃分，可以將三維激光掃描儀器分為移動(dòng)式以及固定式兩種類型。

1.2工作原理簡述

1.2.1脈沖式三維激光掃描儀

脈沖進(jìn)行測距的操作原理，主要是利用儀器所發(fā)出激光脈沖信號(hào)，將其射向棱鏡之后，再利用反光作用，將承載目標(biāo)物的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行反射，最終由探測儀器進(jìn)行接收。當(dāng)探測儀器接收到有效信號(hào)之后，可以自動(dòng)將其輸入計(jì)算儀器當(dāng)中，并核算出發(fā)射與接收階段所產(chǎn)生的時(shí)間差異，以及掃描儀器與目標(biāo)物質(zhì)之間的間距。

1.2.2相位式三維激光掃描儀

相位測距是采用激光掃描儀器發(fā)出頻率相同的兩列光波介質(zhì)，并在傳播的過程中對(duì)其波長以及幅度進(jìn)行調(diào)整，再通過對(duì)信號(hào)之間的相位差的計(jì)算過程，測算掃描儀器與目標(biāo)物質(zhì)之間的距離。其操作過程主要是利用光的干涉，因此需要保持兩列光束介質(zhì)的頻率相同。如圖1所示。

1.2.3光學(xué)三角式三維激光掃描儀

此類掃描儀器主要是利用三角形的幾何特點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)物質(zhì)以及掃描儀器之間的距離進(jìn)行計(jì)算，并通過有效的激光信號(hào)，將目標(biāo)物質(zhì)的各項(xiàng)信息進(jìn)行傳輸，并發(fā)射到棱鏡表面，再利用CCD相機(jī)，對(duì)激光信號(hào)以及反射的夾角進(jìn)行記錄。

1.3數(shù)據(jù)處理流程

如圖2所示。

2.通過地面三維激光掃描實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)精細(xì)的地形測繪

2.1外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程

2.1.1標(biāo)靶掃描質(zhì)量

在開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作之前，應(yīng)安排專業(yè)人員對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行考察，并明確掃描儀器的具體查位置，再確定標(biāo)靶的安裝情況。為了確保掃描后期能夠在最大程度上獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，因此應(yīng)確保數(shù)據(jù)信息與實(shí)際的檢查區(qū)域情況相符合，為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障。在開展掃描工作的同時(shí)，應(yīng)對(duì)測量區(qū)域的地形、環(huán)境等元素進(jìn)行拍照，并降低檢測站的數(shù)量以及原始的數(shù)據(jù)信息匯總量，從而進(jìn)一步降低地形數(shù)據(jù)的編制難度，有助于提升后期數(shù)據(jù)信息處理工作的效率，為數(shù)據(jù)的真實(shí)性提供保障。當(dāng)階段性的測站掃描工程徹底完成之后，還需要對(duì)標(biāo)靶的位置進(jìn)行精確的掃描，確保標(biāo)靶位置不會(huì)由于受到外界因素影響而產(chǎn)生位移現(xiàn)象。

2.1.2中心點(diǎn)位置掃描

在掃描的過程中控制內(nèi)部的標(biāo)靶區(qū)域點(diǎn)，并將標(biāo)靶點(diǎn)當(dāng)做掃描的標(biāo)識(shí)，之后再對(duì)中心點(diǎn)位置所在的周圍區(qū)域進(jìn)行掃描。工作人員可以利用無反射功能的全站儀，并精確的測量標(biāo)靶的中心位置，再將此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用在三維坐標(biāo)的測定環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過分析標(biāo)靶的分布情況，判定測站坐標(biāo)的配置精確度，減少由于狹長形狀的出現(xiàn)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生的影響。不僅如此，還需要保障標(biāo)靶與掃描儀之間的距離適當(dāng)，避免由于距離較近而產(chǎn)生的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，從而影響中心點(diǎn)識(shí)別過程中的精確程度。

2.2點(diǎn)云的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)環(huán)節(jié)

2.2.1坐標(biāo)體系的建立

利用地面三維激光掃描儀開展工作時(shí)，其獲取的數(shù)據(jù)信息缺少完整性，為了得到更加精確的三維數(shù)據(jù)信息，因此應(yīng)從不同的位置角度出發(fā)，并利用不同的掃描形式，獲取相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)以及原點(diǎn)位置，并將此類數(shù)據(jù)信息移至到整體的坐標(biāo)體系當(dāng)中。另外，不同的掃描點(diǎn)的位置需要利用標(biāo)靶來控制，并將獲得的點(diǎn)位置信息及時(shí)的融入坐標(biāo)體系內(nèi)。

2.2.2配準(zhǔn)形式劃分

根據(jù)配準(zhǔn)環(huán)節(jié)的具體情況，可以將配準(zhǔn)方式劃分為相對(duì)方式以及絕對(duì)方式。相對(duì)方式是將掃描的測站作為設(shè)置坐標(biāo)體系的基礎(chǔ)，并把其余的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化到整體的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，從而促進(jìn)掃描工作的正常開展。當(dāng)利用相對(duì)方式開展掃描工作時(shí)，工作人員可以立足于不同的標(biāo)靶位置之間，并結(jié)合有效的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的統(tǒng)一，之后再進(jìn)行統(tǒng)籌管理。當(dāng)連續(xù)性的數(shù)據(jù)傳遞站點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，難以避免誤差情況的出現(xiàn)。絕對(duì)方式是將掃描儀器與常規(guī)的測量結(jié)果有機(jī)結(jié)合，并通過全站式的測量儀器來提升測量結(jié)果的精準(zhǔn)程度，從而獲取最終的標(biāo)靶位置。

2.3地物的提取以及繪制

地物的提取是精細(xì)化地測繪工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此可以利用手工提取的方式，提取配準(zhǔn)完成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。除此之外，還可以利用地面三維激光掃描儀器進(jìn)行掃描處理，并及時(shí)的解決軟件處理過程中的數(shù)據(jù)提取問題。工作人員在操作云視圖的環(huán)節(jié)當(dāng)中，也可以利用手動(dòng)的方式，對(duì)相應(yīng)物品進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，便于后期工序明確物品自身的特征信息，再利用合理的整理技術(shù)，將提取的數(shù)據(jù)信息整合成為固定格式，并傳輸至相應(yīng)的文本中進(jìn)行儲(chǔ)存。

2.4對(duì)地貌數(shù)據(jù)的獲取

利用地面三維激光掃描儀器的相關(guān)技術(shù)，對(duì)即將被測量的空間進(jìn)行掃描，并匯總有效的數(shù)據(jù)信息。其中包含的主要內(nèi)容有：地表上方的林木分布信息、等高線信息等。在生成有效的等高線信息的同時(shí)，應(yīng)及時(shí)將部分無效的云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。此過程可以采用Trimble的RealWorksSurvey軟件以及Leica的Cyclone軟件來執(zhí)行，并輔以人工操作，將地貌信息之外的數(shù)據(jù)進(jìn)行清除。

3.結(jié)語

在地形測繪工程的發(fā)展過程中，加強(qiáng)對(duì)地面三維激光掃描技術(shù)的使用，可以有效改善傳統(tǒng)技術(shù)使用過程中的不足，并結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)操作理念，提升測量工作的效率與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的地形測量繪制模式。因此，測量人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段的三維激光掃描儀器的功能特性，對(duì)測量技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，并摒棄傳統(tǒng)的技術(shù)與方法，在最大程度上降低外界環(huán)境因素對(duì)測量結(jié)果的影響，從而達(dá)到減少誤差的目的。

（云南建投第一勘察設(shè)計(jì)有限公司? 云南? 昆明? 650102）